Beschreibung
Die Hochtemperaturfestigkeit von Ni-Basis Superlegierungen kann durch Zugabe des Elementes Re signifikant verbessert werden. Re hat aber auch einen negativen Einfluss auf der Hochtemperaturphasenstabilität – es führt zur Ausscheidung spröder topologisch dichtest gepackter (TCP – engl. topologically close packed) Phasen. Diese Phasen sind kontraproduktiv für die mechanischen Eigenschaften. Eine Möglichkeit die Ausscheidung dieser spröden Phasen zu hemmen ist die Zugabe des Elementes Ru. Obwohl diese Entdeckung seit fast drei Jahrzehnte bekannt ist, ist der Mechanismus des positiven Einflusses von Element Ru nicht geklärt, was eine effektive Auslegung der Materialien verhindert.
Diese Arbeit stellt einen innovativen Ansatz zur Erklärung des Einflusses der Elemente Re und Ru auf die Ausscheidung der topologisch dichtest gepackten Phasen dar. Um das Ziel zu erreichen, sind sechs experimentelle Ni-Basis Superlegierungen der zweiten, dritten und vierten Generation untersucht worden. Die Ergebnisse sind auf eine skalenübergreifende Beschreibung des Gefüges im Ausgangzustand sowie nach der Ausscheidung der topologisch dichtest gepackten Phasen konzentriert. Moderne Untersuchungsmethoden wie Elektronenstrahlmikrosonde, Raster- und Transmissionselektronenmikroskopie, Tomographie mittels Ionenfeinstrahlanlage und dreidimensionaler Atomsonde zusammen mit thermodynamischen Berechnungen sind angewendet worden, um die Schlussfolgerungen bezüglich des Einfluss der Elemente Re und Ru auf die Ausscheidung der topologisch dichtest gepackten Phasen zu ziehen.
Die quantitative Analyse des Gefüges beweist, dass die Tendenz die topologisch dichtest gepackten Phasen auszuscheiden durch das Element Re erhöht- und durch das Element Ru herabgesetzt ist. Der Einfluss der beiden Elemente resultiert aus thermodynamischen Effekten – Re und Ru beeinflussen die Triebkraft der Ausscheidung. Weiterhin wurde bewiesen, dass sich die topologisch dichtest gepackte Phasen in einer Sequenz ausscheiden. Die entsprechenden physikalischen Phänomene sind betrachtet und die Schlussfolgerungen gezogen worden.
Die Ergebnisse dieser Arbeit zeigen, dass die Kinetik der Sprödphasenbildung eine große Rolle spielt und zurzeit eine Vorhersage der Ausscheidung topologisch dichtest gepackter Phasen sehr schwierig ist. Kommerzielle thermodynamische Datenbanken sind nicht in der Lage, die Tendenzen korrekt abzubilden und berechnen zudem ausschließlich Gleichgewichtsphasenanteile und –zusammensetzungen.
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